Un'eclissi solare totale si verifica da qualche parte sulla Terra circa una volta ogni 18 mesi. Ma poiché la superficie terrestre è per lo più oceanica, la maggior parte delle eclissi sono visibili sulla terraferma solo per un breve periodo, se non del tutto. L'eclissi solare totale del 21 agosto 2017, è diverso - il suo percorso si estende su terra per quasi 90 minuti, dando agli scienziati un'opportunità senza precedenti di effettuare misurazioni scientifiche da terra.

Quando la Luna si muove davanti al Sole il 21 agosto, oscurerà completamente il volto luminoso del Sole. Ciò accade a causa di una coincidenza celeste - sebbene il Sole sia circa 400 volte più largo della Luna, la Luna del 21 agosto sarà circa 400 volte più vicina a noi, rendendo la loro dimensione apparente nel cielo quasi uguale. Infatti, la Luna ci apparirà leggermente più grande del Sole, permettendogli di oscurare totalmente il Sole per più di due minuti e mezzo in alcune località. Se avessero la stessa identica dimensione apparente, l'eclissi totale sarebbe durata solo un istante.

L'eclissi rivelerà l'atmosfera esterna del Sole, chiamato corona, che altrimenti è troppo debole per essere visto vicino al sole splendente. Sebbene studiamo la corona dallo spazio con strumenti chiamati coronografi - che creano eclissi artificiali usando un disco di metallo per bloccare la faccia del Sole - ci sono ancora alcune regioni inferiori dell'atmosfera solare che sono visibili solo durante le eclissi solari totali. A causa di una proprietà della luce chiamata diffrazione, il disco di un coronografo deve bloccare sia la superficie del Sole che gran parte della corona per ottenere immagini nitide. Ma poiché la Luna è così lontana dalla Terra - circa 230, 000 miglia di distanza durante l'eclissi - la diffrazione non è un problema, e gli scienziati sono in grado di misurare la corona inferiore nei minimi dettagli.

La NASA sta approfittando del 21 agosto, 2017, eclipse finanziando 11 ricerche scientifiche a terra negli Stati Uniti. Sei di questi si concentrano sulla corona del Sole.

La fonte del tempo spaziale

Il nostro Sole è una stella attiva che rilascia costantemente un flusso di particelle cariche e campi magnetici noto come vento solare. Questo vento solare, insieme a discreti rutti di materiale solare noti come espulsioni di massa coronale, può influenzare il campo magnetico terrestre, inviare particelle che piovono nella nostra atmosfera, e - quando intenso - satelliti d'impatto. Anche se siamo in grado di seguire queste eruzioni solari quando lasciano il Sole, la chiave per prevedere quando accadranno potrebbe risiedere nello studio delle loro origini nell'energia magnetica immagazzinata nella corona inferiore.

Un team guidato da Philip Judge dell'Osservatorio d'alta quota di Boulder, Colorado, utilizzerà nuovi strumenti per studiare la struttura del campo magnetico della corona attraverso l'imaging di questo strato atmosferico durante l'eclissi. Gli strumenti immagineranno la corona per vedere le impronte digitali lasciate dal campo magnetico nelle lunghezze d'onda visibili e nel vicino infrarosso da una montagna vicino a Casper, Wyoming. Uno strumento, POLARCAM, utilizza una nuova tecnologia basata sugli occhi della canocchia per ottenere nuove misurazioni di polarizzazione, e servirà come prova di concetto per l'uso in future missioni spaziali. La ricerca migliorerà la nostra comprensione di come il Sole genera la meteorologia spaziale.

"Vogliamo confrontare i dati a infrarossi che stiamo catturando e i dati ultravioletti registrati dal Solar Dynamics Observatory della NASA e dal satellite Hinode della JAXA/NASA, "ha detto Judge. "Questo lavoro confermerà o confuterà la nostra comprensione di come la luce attraverso l'intero spettro si forma nella corona, forse aiutando a risolvere alcuni fastidiosi disaccordi."

I risultati della fotocamera integreranno i dati di uno studio aereo che riprende la corona nell'infrarosso, così come un altro studio a infrarossi a terra condotto da Paul Bryans presso l'Osservatorio di alta quota. Bryans e la sua squadra siederanno in una roulotte in cima a Casper Mountain nel Wyoming, e puntare uno strumento specializzato verso l'eclisse. Lo strumento è uno spettrometro, che raccoglie la luce dal Sole e separa ogni lunghezza d'onda della luce, misurarne l'intensità. Questo particolare spettrometro, chiamato NCAR Airborne Interferometer, volere, per la prima volta, rilevamento della luce infrarossa emessa dalla corona solare.

"Questi studi sono complementari. Avremo le informazioni spettrali, che rivela le lunghezze d'onda componenti della luce, " ha detto Bryans. "E la squadra di Philip Judge avrà la risoluzione spaziale per dire da dove provengono determinate caratteristiche".

Questi nuovi dati aiuteranno gli scienziati a caratterizzare il complesso campo magnetico della corona, informazioni cruciali per comprendere e infine aiutare a prevedere gli eventi meteorologici spaziali. Gli scienziati aumenteranno il loro studio analizzando i loro risultati insieme alle corrispondenti osservazioni spaziali da altri strumenti a bordo del Solar Dynamics Observatory della NASA e del congiunto NASA/JAXA Hinode.

A Madras, Oregon, un team di scienziati della NASA guidati da Nat Gopalswamy presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, indicherà un nuovo, telecamera di polarizzazione specializzata nella debole atmosfera esterna del Sole, la corona, scattare esposizioni di diversi secondi a quattro lunghezze d'onda selezionate in poco più di due minuti. Le loro immagini cattureranno dati sulla temperatura e sulla velocità del materiale solare nella corona. Attualmente queste misurazioni possono essere ottenute solo da osservazioni basate sulla Terra durante un'eclissi solare totale.

Per studiare la corona in momenti e luoghi al di fuori di un'eclissi totale, gli scienziati usano i coronografi, che imitano le eclissi utilizzando dischi solidi per bloccare la faccia del Sole proprio come fa l'ombra della Luna. I tipici coronografi utilizzano un filtro polarizzatore in un meccanismo che ruota di tre angoli, uno dopo l'altro, per ogni filtro di lunghezza d'onda. La nuova fotocamera è progettata per eliminare questo goffo, processo che richiede tempo, incorporando migliaia di minuscoli filtri di polarizzazione per leggere la luce polarizzata in direzioni diverse contemporaneamente. Testare questo strumento è un passo cruciale verso il miglioramento dei coronografi e, in definitiva, la nostra comprensione della corona, la vera radice della radiazione solare che riempie l'ambiente spaziale terrestre.

Riscaldamento coronale inspiegabile

La risposta a un altro mistero risiede anche nella corona inferiore:si pensa che contenga i segreti di una domanda di vecchia data su come l'atmosfera solare raggiunga temperature così inaspettatamente elevate. La corona del Sole è molto più calda della sua superficie, che è controintuitivo, poiché l'energia del Sole è generata dalla fusione nucleare nel suo nucleo. Di solito le temperature scendono costantemente quando ci si allontana da quella fonte di calore, allo stesso modo in cui si raffredda quando ci si allontana da un fuoco, ma non è così nel caso dell'atmosfera solare. Gli scienziati sospettano che misurazioni dettagliate del modo in cui le particelle si muovono nella corona inferiore potrebbero aiutarli a scoprire il meccanismo che produce questo enorme riscaldamento.

Padma Yanamandra-Fisher dello Space Science Institute condurrà un esperimento per acquisire immagini della corona inferiore in luce polarizzata. La luce polarizzata è quando tutte le onde luminose sono orientate allo stesso modo, ed è prodotto quando ordinario, la luce non polarizzata passa attraverso un mezzo - in questo caso, gli elettroni della corona solare interna.

"Misurando la luminosità polarizzata della corona solare interna e utilizzando modelli numerici, possiamo estrarre il numero di elettroni lungo la linea di vista, " disse Yanamandra-Fisher. "Essenzialmente, stiamo mappando la distribuzione degli elettroni liberi nella corona solare interna".

La mappatura della corona interna in luce polarizzata per rivelare la densità delle elezioni è un fattore critico nella modellazione delle onde coronali, una possibile fonte di riscaldamento coronale. Insieme alle immagini di luce non polarizzata raccolte dal progetto di scienza dei cittadini finanziato dalla NASA chiamato Citizen CATE, che raccoglierà immagini di eclissi da tutto il paese, queste misurazioni della luce polarizzata potrebbero aiutare gli scienziati ad affrontare la questione delle temperature insolitamente elevate della corona solare.

Shadia Habbal dell'Istituto di Astronomia dell'Università delle Hawaii a Honolulu guiderà un team di scienziati per l'immagine del Sole durante l'eclissi solare totale. Il lungo percorso dell'eclissi sulla terra consente al team di visualizzare il Sole da cinque siti in quattro diversi stati, a circa 600 miglia di distanza, consentendo loro di monitorare i cambiamenti a breve termine nella corona e aumentando le probabilità di bel tempo.

Useranno spettrometri, che analizzano la luce emessa dai diversi elementi ionizzati nella corona. Gli scienziati utilizzeranno anche filtri unici per visualizzare selettivamente la corona in determinati colori, che consente loro di sondare direttamente la fisica dell'atmosfera esterna del Sole.

Con questi dati, possono esplorare la composizione e la temperatura della corona, e misurare la velocità delle particelle che escono dal Sole. Colori diversi corrispondono a elementi diversi:nichel, ferro e argon, che hanno perso elettroni, o stato ionizzato, nel caldo estremo della corona, e ogni elemento ionizza a una temperatura specifica. Analizzando insieme tali informazioni, gli scienziati sperano di comprendere meglio i processi che riscaldano la corona.

Amir Caspi del Southwest Research Institute di Boulder, Colorado, e il suo team utilizzerà due dei jet di ricerca WB-57F della NASA per osservare le osservazioni da due telescopi montati sui nasi degli aerei. Cattureranno le immagini più nitide dell'atmosfera esterna del Sole, la corona, fino ad oggi e le prime immagini termiche di Mercurio, rivelando come la temperatura varia attraverso il